DE102010009440A1 - Method for purifying and maintaining water during treatment of water sedimentation or deep water from lakes and rainfall discharged to into standing water, involves infiltrating sediment layer and supplying cleaned water to standing water - Google Patents

Method for purifying and maintaining water during treatment of water sedimentation or deep water from lakes and rainfall discharged to into standing water, involves infiltrating sediment layer and supplying cleaned water to standing water Download PDF

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Abstract

The method involves transporting fluid sediment (8) from precipitation drains with loaded pollutants to a water trough (6) and depositing the fluid sediment on existing old sediment. The fluid sediment is removed via an outlet pipe (13) and brought and dehydrated on a filter patch (15) by a distribution spacer (14). A loading area of filter patches (21) is filled with deep water through a deep-water intake spacer (19) and a deep-water distribution spacer (20). A structured sea sediment layer (17) is infiltrated and cleaned expiration water is supplied in to standing water (1). The phosphorus is bound by oxidation of sulphide to sulfate and divalent iron into iron hydroxide during dewatering of the fluid sediment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewässersanierung und -unterhaltung, das bei der Behandlung von Gewässersediment und Tiefenwasser von Seen sowie von Niederschlagsabflüssen nach Einleitung in stehende Gewässer Anwendung findet.The invention relates to a method for water restoration and maintenance, which is used in the treatment of water sediment and deep water of lakes and precipitation discharges after discharge into stagnant water.

Die Regenwasserbehandlungsmaßnahmen im Trennsystem wurden bislang vorwiegend aus rein emissionsbezogenen Gesichtspunkten geplant und umgesetzt. Mittlerweile erfolgt der Einsatz von Regenwasserbehandlungsmaßnahmen vermehrt auch immissionsbezogen in Abhängigkeit der für das Gewässer relevanten Zielgrößen. Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. zeigt im DWA-Merkblatt 153: Handlungsempfehlungen zum Umgang mit Regenwasser, 2007 eine vereinfachte Vorgehensweise zur Wahl einer geeigneten Regenwasserbehandlungsanlage in Abhängigkeit von bestimmten Gewässerkenngrößen auf.The rainwater treatment measures in the separation system have so far been planned and implemented primarily for purely emission-related aspects. In the meantime, the use of rainwater treatment measures is increasingly also based on immissions depending on the relevant target variables for the watercourse. The German Association for Water, Wastewater and Waste e. V. shows in DWA-Merkblatt 153: Recommendations for dealing with rainwater, 2007 a simplified approach to the choice of a suitable rainwater treatment plant depending on certain water parameters on.

Als Regenwasserbehandlungsmaßnahmen wurden bislang vorwiegend Absetzanlagen gebaut. In den Veröffentlichungen der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (ATV-A) 166; 1999: Bauwerke der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung, GFA, Hennef, Seite 1–52, ATV-DVWK-M 176, 2001: Hinweise und Beispiele zur konstruktiven Gestaltung und Ausrüstung von Bauwerken der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung, GFA, Hennef, Seite 1–70, ATV-DVWK, A117; 2001: Bemessung von Regenrückhalteräumen, GFA, Hennef, Seite 1–23 ; Ministerium für Umwelt und Verkehr (MUV) 2002: Handbuch zur Ableitung und Behandlung von Straßenoberflächenwasser. MUV, Baden-Württemberg, Seite 1–158 , werden die Hinweise zur Planung, zum Bau und Betrieb gegeben. Nachteilig bei den herkömmlichen Absetzanlagen ist, dass sie lediglich die gröberen Partikel aus dem Niederschlagsabfluss zurückhalten und die gewässerrelevanten Feinpartikel nur etwa zu 10%. Für gelöste Stoffe, beispielsweise Ammonium, sind diese wirkungslos. Durch Remobilisierung von in den Becken abgelagerten Partikeln, entstehen bei dauereingestauten Anlagen weiterhin kontraproduktive Stoßbelastungen der Gewässer.As rainwater treatment measures so far mainly settling plants were built. In the publications of the German Association for Water, Wastewater and Waste e. V. (ATV-A) 166; 1999: Structures of the central rainwater treatment and retention, GFA, Hennef, page 1-52, ATV-DVWK-M 176, 2001: Hints and examples for the design and equipment of buildings of the central rainwater treatment and retention, GFA, Hennef, page 1-70, ATV-DVWK, A117; 2001: Design of rain retention areas, GFA, Hennef, page 1-23 ; Ministry of Environment and Transport (MUV) 2002: Handbook for the discharge and treatment of road surface water. MUV, Baden-Württemberg, page 1-158 , the instructions for planning, construction and operation are given. A disadvantage of the conventional settling plants is that they retain only the coarser particles from the rainfall runoff and the water-relevant fine particles only about 10%. For dissolved substances, such as ammonium, these are ineffective. By remobilizing particles deposited in the basins, contra-productive shock loads of the waters continue to develop in the case of permanently accumulated plants.

Die Regenrückhalteanlagen sind als offene und geschlossene Becken zur temporären Speicherung von Regenwasserabflüssen ausgebildet ( ATV A166, 1999: Bauwerke der zentralen Regenwasserbehandlung und -rückhaltung, GFA, Hennef, Seite 1–55 ; ATV-DVWK, A 117, 2001: Bemessung von Regenrückhalteräumen, GFA, Hennef, Seite 1–32 ). Die Becken werden in der Regel auf den Rückhalt von großen Niederschlagsereignissen ausgelegt, die einmal in 5 bis 10 Jahren auftreten. Aufgrund des sehr großen spezifischen Absetzvolumens besitzen diese ein hohes Rückhaltevermögen für gewässerschutzrelevante Feinpartikel. Dieses Potenzial wird nicht gezielt genutzt und es erfolgt keine Reinigung von Regenwasser.The rain retention systems are designed as open and closed tanks for the temporary storage of rainwater runoff ( ATV A166, 1999: Structures of Central Rainwater Treatment and Retention, GFA, Hennef, page 1-55 ; ATV-DVWK, A 117, 2001: Design of Rain Retention Chambers, GFA, Hennef, page 1-32 ). The basins are usually designed for the support of large precipitation events that occur once in 5 to 10 years. Due to the very large specific sedimentation volume, these have a high retention capacity for water-relevant fine particles. This potential is not used selectively and there is no cleaning of rainwater.

Die in der Patentschrift DE 10 2005 021 816 B4 dargestellte Hochleistungssedimentation ist eine Weiterentwicklung von Regenrückhalteanlagen und Regenklärbecken, bei der durch Steuerung des Beckenablaufes für die meisten Regenereignbisse sehr lange Sedimentationszeiten, von ungefähr 24 h, realisiert werden und so auch Feinpartikel abgeschieden werden. Durch regelmäßiges Abtrocknen der mit einem dichten Schilfbewuchs versehenen Beckensohle der Hochleistungssedimentationsanlage entsteht ein strukturiertes Sediment mit guter Durchlässigkeit und hohem Stoffbindungsvermögen. Durch eine Filtration der Niederschlagsabflüsse durch dieses Sediment werden auch gelöste Stoffe zurückgehalten. Bei zusätzlicher Fällmittelzugabe wird die Eliminationsleistung bezogen auf gelöste Stoffe weiter gesteigert. Nachteilig bei den Hochleistungssedimentationsanlagen ist der vergleichsweise hohe Flächenbedarf, um das notwendige Speichervolumen von 50–400 m3/haAu bereitzustellen.The in the patent DE 10 2005 021 816 B4 shown high-performance sedimentation is a further development of rainwater retention systems and rainwater treatment basins, in which by controlling the pool drain for most rain events very long sedimentation times of about 24 h, realized and so fine particles are deposited. Regular drying of the dense reed beds of the high-performance sedimentation plant results in a structured sediment with good permeability and high material binding capacity. Filtration of the precipitation outflows by this sediment also retains dissolved substances. With additional addition of precipitant, the elimination performance based on dissolved substances is further increased. A disadvantage of the high-performance sedimentation systems is the comparatively high area required to provide the necessary storage volume of 50-400 m 3 / haA u .

Des Weiteren sind Retentionsbodenfilteranlagen als zweistufige Bauwerke der Regenwasserbehandlung, bestehend aus einer Sedimentations- und Filtereinheit ( DWA M178, 2005: Empfehlungen für Planung, Konstruktion und Betrieb von Retentionsbodenfilteranlagen zur weitergehenden Regenwasserbehandlung im Misch- und Trennsystem, GFA, Hennef, Seite 1–52 ), bekannt. Die Filtereinheit besteht aus einem Dränagesystem zur Fassung und Ableitung der filtrierten Regenabflüsse und einer darüber liegenden Filterschicht aus Sand. Die Bepflanzung des Filters mit Schilf ist integraler Bestandteil des Verfahrens. Zur Sicherstellung eines dauerhaften Betriebes werden Retentionsbodenfilter immer intermittierend betrieben. Der Filterablauf wird hierbei stark gedrosselt, so dass bei Regenwasserzufluss eine Zwischenspeicherung stattfindet. Das hierbei erforderliche Volumen wird direkt über der Filterschicht angeordnet ( DWA, M178, 2005: Empfehlungen für Planung, Konstruktion und Betrieb von Retentionsbodenfiltern zur weitergehenden Regenwasserbehandlung im Misch- und Trennsystem, GFA, Hennef, Seite 1–52 ). In den Veröffentlichungen DE 44 22 496 A1 und DE 199 59 969 A1 wird die Filtration zur Regenwasserbehandlung über einen schilf- oder grasbewachsenen Filterkörper beschrieben. Eine Kombination von Sedimentation in den Becken mit einer anschließenden Filtrationsstufe wird in den Patentschriften DE 196 22 727 , DE 101 52 671 A1 und DE 39 18 803 C2 erläutert. Die Nachteile der Retentionsbodenfilteranlagen sind durch den hohen Flächenbedarf, den hohen Investitionsaufwand sowie die Tatsache, dass Standort der Anlage in der Regel an den Endpunkt des bestehenden Entwässerungsnetzes gebunden ist, begründet.Furthermore, retention floor filter systems are two-stage structures of rainwater treatment, consisting of a sedimentation and filter unit ( DWA M178, 2005: Recommendations for the Planning, Construction and Operation of Retention Floor Filter Systems for Further Rainwater Treatment in the Mixing and Separation System, GFA, Hennef, page 1-52 ), known. The filter unit consists of a drainage system for holding and draining the filtered rain drains and an overlying filter layer of sand. The planting of the filter with reeds is an integral part of the process. To ensure permanent operation, retention bottom filters are always operated intermittently. The filter process is here greatly throttled, so that when rainwater inflow caching takes place. The volume required in this case is arranged directly above the filter layer ( DWA, M178, 2005: Recommendations for Planning, Construction and Operation of Retention Floor Filters for Further Rainwater Treatment in the Mixing and Separation System, GFA, Hennef, page 1-52 ). In the publications DE 44 22 496 A1 and DE 199 59 969 A1 The filtration for rainwater treatment is described by a reed or grassy filter body. A combination of sedimentation in the basins with a subsequent filtration step is described in the patents DE 196 22 727 . DE 101 52 671 A1 and DE 39 18 803 C2 explained. The disadvantages of the retention soil filter systems are due to the high space requirements, the high investment costs as well as the fact that location of the plant usually is tied to the end point of the existing drainage network.

Allen bislang vorgestellten Regenwasserbehandlungsmaßnahmen ist gemein, dass sie auf eine kritische Regenspende, üblicherweise rkrit = 15 I/s/haAu, ausgelegt sind. Bei dieser Teilstrombehandlung wird unzureichend gereinigtes Niederschlagswasser in die Gewässer geleitet, sobald die Regenspende diesen kritischen Wert überschreitet. Um die gesamte abfließende Niederschlagsmenge zu behandeln, wird ein unwirtschaftlich hohes Retentionsvolumen benötigt, das am Ort der Niederschlagswassereinleitung in die Gewässer auch oftmals aufgrund der Flächenverfügbarkeit gar nicht zu realisieren ist.All previously proposed rainwater treatment measures have in common that they are designed for a critical rainfall, usually r crit = 15 I / s / haA u . In this partial flow treatment, insufficiently purified rainwater is discharged into the water as soon as the rainfall exceeds this critical value. In order to treat the total amount of rainfall, an uneconomically high retention volume is needed, which is often impossible to realize at the site of precipitation water discharge into the water due to the availability of space.

Für den Schutz von stehenden Gewässern, sind besondere über die generellen Ziele der Regenwasserbehandlung hinausgehende Anforderungen zu stellen. Der Gütezustand von Stehgewässern wird über deren Trophiegrad ermittelt, der in unseren Breiten maßgeblich eine Funktion der Gesamtphosphorkonzentration im Gewässer selbst ist. Die Reduktion der Phosphorgehalte im Freiwasser oder in der trophogenen Zone ist damit primäres Schutzziel. Hierzu sind externe und interne Maßnahmen bekannt, deren Wirkung in einer Minderung des P-Importes, des P-Rückhaltes im Sediment oder der Erhöhung des P-Austrags liegt.For the protection of stagnant water, special requirements beyond the general objectives of rainwater treatment are required. The quality status of standing waters is determined by their trophic level, which in our latitudes is largely a function of the total phosphorus concentration in the water itself. The reduction of phosphorus levels in open water or in the trophogenic zone is thus the primary protection goal. For this purpose, external and internal measures are known, the effect of which is a reduction of the P-import, the P-retention in the sediment or the increase of the P-discharge.

Abwasserumleitungen oder eine verbesserte P-Elimination auf Kläranlagen stellen eine wirksame und häufig umgesetzte Maßnahme zur Reduzierung des P-Imports aus Punktquellen dar. Die verfahrenstechnischen Grundlagen für die P-Elimination aus Abwässern sind ausführlich im DWA Arbeitsblatt 202 ( ATV-DVWK-A 202 (2004): Chemisch-physikalische Verfahren zur Elimination von Phosphor aus Abwasser; DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Seite 1–24 ) erläutert.Wastewater diversions or improved P-elimination on sewage treatment plants represent an effective and frequently implemented measure for reducing P-import from point sources. The procedural basics for P-elimination from wastewater are described in detail in DWA Worksheet 202 (p. ATV-DVWK-A 202 (2004): Chemical-physical processes for the elimination of phosphorus from wastewater; DWA German Association for Water, Wastewater and Waste e. V., page 1-24 ) explained.

Deutlich höhere P-Importe erreichen Stehgewässer bei der heutigen Emissionssituation allerdings mit dem Oberflächenabfluss aus diffusen Quellen oder landwirtschaftlich und urban genutzten Einzugsgebietsanteilen. Bezüglich der Minderung der Einträge aus der Landwirtschaft sind in dem DVWK-Merkblatt 250 ( DVWK-Merkblatt 250 (1999): Naturnahe Entwicklung von Seen und ihres Umfeldes. Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e. V. (Seite 1–20 ) zahlreiche präventive Maßnahmen formuliert.However, in the current emission situation, significantly higher P-imports reach the surface waters of diffuse sources or agricultural and urban catchment areas. With regard to the reduction of entries from agriculture, the DVWK leaflet 250 ( DVWK-Merkblatt 250 (1999): Natural development of lakes and their environment. German Association for Water Management and Cultural Construction e. V. (page 1-20 ) formulated numerous preventive measures.

Die kurativen Maßnahmen umfassen Vorsperren als Reaktions- und Puffersystem vor dem zu schützenden Stehgewässer sowie externe technische Systeme zum gezielten und hochwirksamen P-Rückhalt in seinem Zulauf.The curative measures include Vorsperren as a reaction and buffer system in front of the protected standing water and external technical systems for targeted and highly effective P-retention in its feed.

Vorsperren sind in ihrer Anwendung auf Gewässer mit großen Zuflüssen fokussiert. Die Bemessung und der Betrieb sind in dem DWA M-605 ( DWA-M 605 (2005): Wirkung, Bemessung und Betrieb von Vorsperren zur Verminderung von Stoffeinträgen in Talsperren. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef, Seite 1–32 .) ausführlich dargelegt. Die Wirksamkeit in Bezug auf den P-Rückhalt (bis 60%) ist anhand vieler Beispiele belegt ( PÜTZ, K. & BENNDORF, J. (1998): The importance of prereservoirs for the control of eutrophication of reservoirs. In: Wat. Sci. Techn. 37, pp. 317–324 .). Entscheidend sind kurze Aufenthaltszeiten, die nur bei einem kontinuierlichen Zufluss erreichbar sind. Eine alternative Entwicklung für flache Einzugsgebiete sind sogenannte Schilfpolder, die aus einem flachen Becken mit einem Reinbestand aus Schilf bestehen und das gleiche Funktionsprinzip wie die Vorsperren aufweisen. Nach Feibbicke et al. ( FEIBICKE, M.; RIPL, W.; POLTZ, J. (1996): Nährstoffeliminierung aus einem gering belasteten Fließgewässer mit Hilfe eines bewirtschafteten Schilfpolders am Dümmer (Niedersachsen); Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL), Tagungsbericht 1995, Berlin, S. 187–191 .) werden auch von diesen Anlagen ein P-Rückhalt von 60% erwartet.Prefixes are focused in their application to waters with large inflows. Dimensioning and operation are included in the DWA M-605 ( DWA-M 605 (2005): Impact, design and operation of pre-barriers for the reduction of substance inputs in dams. DWA German Association for Water, Wastewater and Waste e. V., Hennef, pages 1-32 .) in detail. The effectiveness in terms of P retention (up to 60%) is demonstrated by many examples ( PÜTZ, K. & BENNDORF, J. (1998): The importance of reservoirs for the control of eutrophication of reservoirs. In: Wat. Sci. Techn. 37, pp. 317-324 .). Decisive are short residence times, which can only be achieved with a continuous inflow. An alternative development for shallow catchment areas are so-called reed polders, which consist of a shallow pool with a reef of pure reef and have the same principle of operation as the Vorsperren. According to Feibbicke et al. ( FEIBICKE, M .; RIPL, W .; POLTZ, J. (1996): Nutrient elimination from a low-polluted river with the help of a managed reed polder at the Dümmer (Lower Saxony); German Society for Limnology (DGL), Conference Report 1995, Berlin, pp. 187-191 .) are also expected to have a P-retention of 60%.

Hochwirksame technische Anlagen sind auf vergleichsweise geringe Zuflüsse mit geringen Abfluss- und Konzentrationsschwankungen beschränkt. Neben Retentionsbodenfiltern und Pflanzenkläranlagen ( DWA-M 178 (2005): Empfehlungen für Planung, Konstruktion und Betrieb von Retentionsbodenfilteranlagen zur weitergehenden Regenwasserbehandlung in Misch- und Trennsystem (DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef ; LÖFFLER, H. (2000): Betrieb von Pflanzenkläranlagen (Teil 1–3); WWT, Heft 2, Seite 17–18 und Heft 4, Seite 44–46 ; MUNLV (2003): Retentionsbodenfilter – Handbuch für Planung, Bau und Betrieb. Hrsg.: – Ministerium für Umwelt Und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen ; RUSTIGE, H.; PLATZER, C. (2001): Phosphorelimination in bewachsenen Bodenfilter; Wasser und Boden 53/3, Seite 11–15) , deren Funktionalität und Nachteile oben beschrieben sind, werden physikalisch-chemische Verfahren in Form von Fällungs-/Flockungsanlagen mit nachfolgender Filtration im Zulauf von Seen und Talsperren eingesetzt. ( BERNHARDT, H. & CLASEN, J. (1985): Recent Developments and Perspectives of Restoration for Artificial Basins used for Water Supply. – In: Lake Pollution and Recovery, Proc. Internat. Congress, Rome, April 1985, S. 292–307 (PEA-Wahnbachtalsperre) ; HEINZMANN, B.; SARFERT, F.; STENGEL, A. (1991): Die Phosphateliminationsanlage Tegel in Berlin; Wasser Abwasser 132 (12), Seite 674–685 . (OWA Tegel), SCHEFFER, W.; ROTHER, S.; UHLMANN, H. W. (1999): Gewässerexterne Phosphatelimination am Süßen See; WLB Wasser, Luft, Boden 3, Seite 22–25 . (PEA Süßer See)). Der Nachteil solcher Anlagen, ist in den hohen Investitions- und Betriebskosten sowie in der strikten Begrenzung der behandelbaren Volumenströme zu sehen. Abflüsse oberhalb der Bemessungswerte müssen an der Anlage vorbei unbehandelt in das Stehgewässer eingeleitet werdenHighly efficient technical systems are limited to comparatively small inflows with low flow and concentration fluctuations. In addition to retention soil filters and sewage treatment plants ( DWA-M 178 (2005): Recommendations for the planning, construction and operation of retention soil filter systems for further rainwater treatment in mixing and separation systems (DWA German Association for Water Management, Wastewater and Waste eV, Hennef ; LÖFFLER, H. (2000): Operation of constructed wetlands (parts 1-3); WWT, Issue 2, pages 17-18 and 4, pages 44-46 ; MUNLV (2003): Retention Soil Filter Manual for Planning, Construction and Operation. Ed .: - Ministry of Environment and Nature Conservation, Agriculture and Consumer Protection of North Rhine-Westphalia ; RUSTY, H .; PLATZER, C. (2001): Phosphorelimination in overgrown soil filters; Water and soil 53/3, page 11-15) , whose functionality and disadvantages are described above, physico-chemical processes in the form of precipitation / flocculation plants with subsequent filtration in the inlet of lakes and dams are used. ( BERNHARDT, H. & CLASEN, J. (1985): Recent Developments and Perspectives of Restoration for Artificial Basins Used for Water Supply. - In: Lake Pollution and Recovery, Proc. Internat. Congress, Rome, April 1985, pp. 292-307 (PEA-Dahnbachtalsperre) ; HEINZMANN, B .; SARFERT, F .; STENGEL, A. (1991): The Tegel Phosphate Elimination Facility in Berlin; Water Wastewater 132 (12), page 674-685 , (OWA Tegel), SCHEFFER, W .; ROTHER, S .; UHLMANN, HW (1999): Waterborne Phosphate Elimination on the Sweet Lake; WLB Water, Air, Soil 3, pages 22-25 , (PEA Sweet Lake)). The disadvantage of such systems can be seen in the high investment and operating costs as well as in the strict limitation of treatable volume flows. Outlets above the rated values must be discharged past the plant untreated into the standing waters

Die bisher aufgeführten externen Maßnahmen im Einzugsgebiet oder im Zulauf des Stehgewässers werden häufig ergänzt durch interne Maßnahmen, die zum Ziel haben den P-Kreislauf im Gewässer selbst zu beeinflussen. Allgemein beziehen diese sich auf die Erhöhung eines stabilen P-Rückhalt im Sediment, beispielsweise Herstellung eines Hypolimnions, Tiefenwasserbelüftung, P-Fällung im See, oder eine Erhöhung der P-Exporte, beispielsweise Tiefenwasserableitung, Seewasser- oder Tiefenwasserbehandlung, Sedimentabdeckung, Sedimententnahme. Eine Übersicht der verschiedenen Verfahren sowie eine kritische Bewertung von Erfolgen und Misserfolgen findet sich bei Klee ( KLEE, OTTO (1983) Wege zur Sanierung von Seen, dargestellt an den Beispielen Federsee und Stadtsee Bad Waldsee. Wasserwirtschaft 73/2.) ; Hupfer & Scharf ( HUPFER, M. & SCHARF, B. (2002): Seentherapie: Interne Maßnahmen zur Verminderung der Phosphorkonzentration; STEINBERG, C.; CALMANO, W.; KLAPPER, H.; WILKEN, R. D. (Hrsg.): Handbuch Angewandte Limnologie, Abschnitt VI-2.1. Landsberg: ecomed-Verlag, Seite 1–67 ) und DWA-M 606 ( DWA-M 606 (2006): Grundlagen und Maßnahmen der Seentherapie. DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef, Seite 1–101 ). Es zeigt sich, dass nur die Tiefenwasserableitung, dort wo sie aufgrund der hydrologischen Randbedingungen möglich ist, eine effektive Einzelmaßnahme ist.The previously mentioned external measures in the catchment area or in the inlet of the standing water are often supplemented by internal measures, which have the aim to influence the P-cycle in the water itself. Generally, these relate to increasing stable P-retention in the sediment, such as producing hypolimnion, deep-water aeration, P-precipitation in the lake, or increasing P-exports, such as deep-water drainage, seawater or deep-water treatment, sediment cover, sediment sampling. An overview of the various procedures as well as a critical evaluation of successes and failures can be found at Klee ( KLEE, OTTO (1983) Paths for the rehabilitation of lakes, illustrated by the examples of Federsee and Stadtsee Bad Waldsee. Water Management 73/2.) ; Hupfer & Scharf HUPFER, M. & SCHARF, B. (2002): Marine Therapy: Internal Measures to Reduce Phosphorus Concentration; STEINBERG, C .; CALMANO, W .; KLAPPER, H .; WILKEN, RD (ed.): Handbook on Applied Limnology, Section VI-2.1. Landsberg: ecomed-Verlag, page 1-67 ) and DWA-M 606 ( DWA-M 606 (2006): Principles and Measures of Marine Therapy. DWA German Association for Water, Wastewater and Waste e. V., Hennef, page 1-101 ). It turns out that only the deep water discharge, where it is possible due to the hydrological boundary conditions, is an effective individual measure.

Der Nachteil der Tiefenwasserableitung ist, dass diese nur dann erfolgreich einsetzbar ist, wenn entsprechend große Zuflüsse zur Verfügung stehen. Die Quantifizierung der Wirksamkeit aller weiteren Einzelverfahren, wie die interne und externe P-Elimination aus dem Seewasser, Belüftung und Entschlammung, ist schwierig. Ein unmittelbarer Bezug von Maßnahmenumsetzung und Trophieentwicklung wird meist nicht hergestellt. In vielen Fällen zeigt sich, dass die komplexen Wechselwirkungen zwischen Freiwasser und Sediment den Maßnahmenerfolg schmälern. Der Nachteil der Maßnahmen, die teilweise zur Marktreife entwickelt sind, ist, dass sie sich immer nur einem Stehgewässerkompartiment annehmen, entweder Wasser oder Sediment.The disadvantage of the deep water drainage is that it can only be successfully used if correspondingly large inflows are available. It is difficult to quantify the effectiveness of all other individual processes, such as internal and external P-elimination from seawater, aeration and desludging. A direct reference to implementation of measures and trophic development is usually not established. In many cases it can be seen that the complex interactions between open water and sediment reduce the success of the measures. The disadvantage of the measures, which are partly developed to market maturity, is that they always only accept one standing waters compartment, either water or sediment.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewässersanierung und -unterhaltung anzugeben, dass die Entfernung von feinpartikulären Feststoffen, daran adsorbierten Schadstoffen und gelösten Anteilen, aus dem Gewässersediment, Tiefenwasser und den Niederschlagsabflüssen in stehende Gewässer ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for water body remediation and maintenance that allows the removal of fine particulate solids, adsorbed pollutants and dissolved fractions, from the water sediment, deep water and the precipitation discharges into stagnant water.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein aus den Niederschlagsabflüssen mit Schadstoffen belastetes junges fluides Sediment zum Gewässertiefpunkt transportiert und auf das vorhandene alte Sediment abgelagert wird. Danach wird das junge fluide Sediment über eine Entnahmeleitung entnommen.According to the invention, the object is achieved by transporting a young fluid sediment contaminated with pollutants from the precipitation outflows to the bottom of the water and depositing it on the existing old sediment. Thereafter, the young fluid sediment is removed via a sampling line.

Die Entnahme der sedimentierten Stoffe erfolgt durch regelmäßiges Abpumpen des fluidalen jungen Sedimentes von einem Gewässertiefpunkt. Bei voll durchmischten Flachseen muss der Seegrund trichterförmig modelliert werden, um eine einfache Sedimententnahme über Schlammpumpen realisieren zu können. Das so neu geschaffene Hypolimnionvolumen wird nur über einen kleinen Teil der Seefläche erstellt. Am Entnahmepunkt muss die Seetiefe mindestens 5 m betragen, um eine Wiedereinmischung des Sedimentes in das Freiwasser vor der Sedimententnahme zu vermeiden. Bei geschichteten Seen wird das vorhandene Hypolimnionvolumen genutzt. Es wird nur die Seesohle modelliert.The sedimented substances are removed by periodically pumping off the fluidic young sediment from a water low point. In fully mixed shallow lakes, the bottom of the lake must be funnel-shaped in order to realize a simple sediment sampling via sludge pumps. The newly created hypolimnion volume is only created over a small part of the lake area. At the sampling point, the depth of the lake must be at least 5 m to prevent re-mixing of the sediment into the open water prior to sediment sampling. For stratified lakes, the existing hypolimnion volume is used. Only the sea sole is modeled.

Das Sediment wird an Land alternierend auf Filterbeete aufgebracht. Diese bestehen aus einer bis zu 2 m starken Filterschicht, deren Bindungsstärke für Phosphor durch Zumischung von Eisenhydroxiden erhöht wird. Um eine schnelle Entwässerung, Rissbildung, Sekundärporenbildung und Sulfidoxidation zu ermöglichen, ist das Sediment in Schichten aufzubringen. Nach der erfolgten Aufoxidation des Sulfides zu SO4 und des zweiwertigen Eisens zu Eisenhydroxiden wird das hohe P-Bindungsvermögen des Sedimentes genutzt. Sollte kein ausreichender Carbonatgehalt für die Pufferung der sich bildenden Schwefelsäure zur Verfügung stehen, erfolgt eine Carbonateinmischung ins Sediment.The sediment is applied alternately to filter beds on land. These consist of a filter layer up to 2 m thick whose bonding strength for phosphorus is increased by admixing iron hydroxides. To allow rapid drainage, cracking, secondary pore formation and sulphide oxidation, the sediment should be applied in layers. After the oxidation of the sulfide to SO 4 and the divalent iron to iron hydroxides, the high P-binding capacity of the sediment is used. If sufficient carbonate content is not available for the buffering of the forming sulfuric acid, carbonates are introduced into the sediment.

Sobald das Sediment ausreichend strukturiert ist und sich genügend Sekundärporen bilden, wird über das Sediment und die Filterschicht Seewasser zur Behandlung aufgebracht. Die Hauptmasse des Phosphors wird dabei in der Sedimentschicht gebunden. Die Restreinigung erfolgt in der unterlagernden Filterschicht. Durch diese Anordnung wird die vertikale P-Gradientenbildung zur Erzielung geringster P-Konzentrationen im Dränablauf umfassend genutzt.Once the sediment is sufficiently structured and sufficient secondary pores are formed, seawater is applied to the sediment and filter layer for treatment. The main mass of phosphorus is bound in the sediment layer. The remainder of the cleaning takes place in the underlying filter layer. By this arrangement, the vertical P-gradient formation is used extensively to achieve lowest P concentrations in the drainage.

Die Entnahme des Seewassers erfolgt sedimentnah, da hier die P-Konzentrationen im Seewasser am höchsten sind und somit die größte Behandlungseffektivität erzielt wird. Die Einleitung des gereinigten Seewassers in das Gewässer soll dagegen möglichst oberflächennah erfolgen, um den P-Konzentrationsgradienten und eine thermische Schichtung des Seewassers nicht zu zerstören.The seawater is extracted near the sediment, since here the P concentrations are highest in seawater and thus the greatest treatment efficiency is achieved. The introduction of the purified seawater into the water, however, should be as close to the surface as possible in order not to destroy the P concentration gradient and a thermal stratification of the lake water.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass die gesamte Niederschlagsabflussmenge als Vollstrombehandlung durchgeführt wird. The advantages of the method according to the invention are that the entire precipitation outflow quantity is carried out as a full flow treatment.

Auch verursacht das Retentionsvolumen im Gewässer selbst keine zusätzlichen Kosten.Also, the retention volume in the water itself causes no additional costs.

Der Filterzulauf ist weitgehend feststofffrei. Der Behandlungszeitpunkt, die Regenerationsphasen und die Behandlungsmenge sind weitgehend disponibel. Durch diese Bewirtschaftungsoptionen ist eine hohe Behandlungseffizienz möglich. Die hydraulische Filterbelastung wird dadurch gegenüber konventionellen Filteranlagen deutlich erhöht, beispielsweise bis zu 200 m3/m2/a. Damit werden die Filter klein gehalten.The filter feed is largely solids-free. The treatment time, the regeneration phases and the treatment amount are largely available. These management options allow for high treatment efficiencies. The hydraulic filter load is thereby significantly increased compared to conventional filter systems, for example up to 200 m 3 / m 2 / a. This keeps the filters small.

Der Anlagenstandort für die Filterbeete wird weitgehend unabhängig von der Zulaufsituation gewählt.The plant location for the filter beds is largely selected independently of the feed situation.

Die Erfindung soll nachstehend und an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below and to two exemplary embodiments:

In 1 wird das Verfahren zur Behandlung von Niederschlagswasserabflüssen, nach der Einleitung in ein stehendes Gewässer mit einer Tiefe von > 5 m und einem vorhandenen Hypolimnion und in 2 wird das Verfahren zur Behandlung von Niederschlagswasserabflüssen, nach der Einleitung in ein stehendes Gewässer mit einer Tiefe von < 5 m und einem neu zu schaffenden Hypolimnion gezeigt.In 1 the method for the treatment of precipitation water runoff, after discharge into a stagnant water with a depth of> 5 m and an existing hypolimnion and in 2 the method for the treatment of stormwater runoff, after discharge into a stagnant water with a depth of <5 m and a new hypolimnion to be created, is shown.

1 zeigt ein Gewässer 1 mit einer Tiefe > 5 m, bei dem ein natürliches Hypolymnion besteht. Der gesamte Niederschlag wird über den Zulaufkanal 2 direkt in das Gewässer 1 eingeleitet. Durch die Nutzung der Seeoberfläche 3 und der Erhöhung des minimalen Seewasserstandes 4 auf den maximalen Seewasserstand 5 wird die Retention des gesamten anfallenden Niederschlages ermöglicht. 1 shows a body of water 1 with a depth> 5 m, where there is a natural hypolymnion. The entire precipitation is via the inlet channel 2 directly into the water 1 initiated. By using the sea surface 3 and increasing the minimum seawater level 4 to the maximum seawater level 5 Retention of all accumulated precipitation is possible.

Die im Niederschlagsabfluss mitgeführten Partikel und die daran gebundenen Schadstoffe sedimentieren im Gewässer 1. Durch Wind- und Welleneinfluss werden die so entstehenden fluidalen Sedimente zum Gewässertiefpunkt 6 transportiert und auf der in Gewässern 1 immer vorhandenen alten Sedimente 7 abgelagert. Das junge fluidale Sediment 8 ist mit Schadstoffen hoch belastet. Durch Dichteunterschiede ist auch die Konzentration an gelösten Schadstoffen im Tiefenwasser 9 am größten. Unter anaeroben Verhältnissen werden Schadstoffe aus dem Sediment zurückgelöst und führen zu einer weiteren Aufkonzentrierung an gelösten Schadstoffen. Dadurch werden die Schadstoffe des Niederschlagsabflusses weitgehend im Tiefenwasser 9 konzentriert. Damit sich die jungen fluidalen Sedimente 8 im Gewässertiefpunkt 6 sammeln, muss ein ausreichendes Gewässersohlgefälle 10 vorhanden sein. Dazu wird die Gewässersohle 11 in Richtung des Gewässertiefpunktes 6 profiliert.The particles entrained in the runoff and the pollutants bound to them sediment in the body of water 1 , Due to the influence of wind and waves, the resulting fluidic sediments become the bottom of the water 6 transported and on in the waters 1 always existing old sediments 7 deposited. The young fluidic sediment 8th is highly contaminated with pollutants. Due to differences in density is also the concentration of dissolved pollutants in the deep water 9 the biggest. Under anaerobic conditions pollutants are released from the sediment and lead to a further concentration of dissolved pollutants. As a result, the pollutants of the precipitation runoff are largely in the deep water 9 concentrated. So that the young fluidic sediments 8th at the bottom of the water 6 must collect sufficient water body gradient 10 to be available. This will be the riverbed 11 in the direction of the water low point 6 profiled.

Das junge fluidale Sediment 8 ist gut pumpfähig und wird mit der Schlammpumpe 12 und der Entnahmeleitung für das junge fluidale Sediment 13 entnommen und mittels der Verteilungsleitung für das junge fluidale Sediment 14 alternierend auf die Filterbeete 15 verbracht. Der Standort für die Filterbeete 15 ist unabhängig von der Zulaufsituation wählbar. Das junge fluidale Sediment 8 entwässert auf der bis zu 2 m starken Filterschicht 16 und das gebildete Sulfid wird zu SO4 und das zweiwertige Eisen zu Eisenhydroxiden aufoxidiert. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des jungen fluiden Sedimentes 8 muss diesem Sediment 8 Carbonat zugegeben werden. Die so entstehende strukturierte Seesedimentschicht 17 besitzt ein hohes P-Bindungspotential.The young fluidic sediment 8th is good pumpable and is with the mud pump 12 and the sampling line for the young fluid sediment 13 taken and by the distribution line for the young fluid sediment 14 alternating on the filter beds 15 spent. The location for the filter beds 15 is selectable independent of the feed situation. The young fluidic sediment 8th drained on the up to 2 m thick filter layer 16 and the sulfide formed is oxidized to SO 4 and the divalent iron is oxidized to iron hydroxides. Depending on the composition of the young fluid sediment 8th must this sediment 8th Carbonate are added. The resulting structured lake sediment layer 17 has a high P-bonding potential.

Das Tiefenwasser 9 wird mit der Tiefenwasserpumpe 18 und der Tiefenwasserentnahmeleitung 19 entnommen und mittels der Tiefenwasserverteilungsleitung 20 alternierend in den Beaufschlagungsraum 21 der Filterbeete 15 verbracht. Die Filterbeete 15 sind so zu bemessen, dass innerhalb eines Jahres die gesamte Schicht des Tiefenwassers 9 eines Gewässers 1 einmal über die Filterbeete 15 gereinigt wird. Bei der Durchsickerung der Seesedimentschicht 16 wird der Hauptteil der Schadstoff- und Phosphorfracht in dieser Schicht gebunden. In der Filterschicht 16 erfolgt bei der Durchsickerung die Restreinigung, wobei durch den hohen Konzentrationsgradienten zwischen Seesedimentschicht 17 und Filterschicht 16 geringste P-Konzentrationen < 20 μg/l erzielt werden.The deep water 9 comes with the deep water pump 18 and the deep water sampling line 19 taken and by means of the deep water distribution pipe 20 alternating in the admission room 21 the filter beds 15 spent. The filter beds 15 are to be sized so that within a year the entire layer of the deep water 9 a body of water 1 once over the filter beds 15 is cleaned. At the seepage of the lake sediment layer 16 the majority of pollutant and phosphorus is bound in this layer. In the filter layer 16 the remainder of the seepage takes place during the seepage, whereby due to the high concentration gradient between the lake sediment layer 17 and filter layer 16 lowest P concentrations <20 μg / l can be achieved.

Nach dem Durchdringen der Filterschicht 16 wird das gereinigte Ablaufwasser über das Dränagesystem 22 und der Ablaufleitung 23 dem Gewässer 1 wieder oberflächennah zugeführt.After penetrating the filter layer 16 The purified waste water is discharged through the drainage system 22 and the drain line 23 the waters 1 again supplied near the surface.

2 zeigt ein flaches Gewässer 1 mit einer Tiefe < 5 m, bei dem ein natürliches Hypolymnion fehlt. Die alte Gewässersohle 11 ist örtlich begrenzt auf > 5 m und in Form eines künstlichen Trichters 24 ausgebildet, um ein künstliches Hypolimnion und einen um einen Gewässertiefpunkt 6 zu erhalten. 2 shows a shallow body of water 1 with a depth <5 m, which lacks a natural hypolymnion. The old riverbed 11 is localized to> 5 m and in the form of an artificial funnel 24 formed, around an artificial hypolimnion and around a water low point 6 to obtain.

Der weitere Verfahrensablauf ist mit dem unter 1 identisch.The further procedure is with the under 1 identical.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gewässerwaters
22
Zulaufkanalinlet channel
33
Seeoberflächelake surface
44
minimaler Seewasserstandminimum seawater level
55
maximaler Seewasserstandmaximum seawater level
66
GewässertiefpunktWater trough
77
altes Sedimentold sediment
8 8th
junges fluidales Sedimentyoung fluid sediment
99
Tiefenwasserdeep water
1010
Gewässersohlgefälle (1), Trichtergefälle (2)Waterscale gradient ( 1 ), Funnel gradient ( 2 )
1111
Gewässersohleriver bottom
1212
Schlammpumpeslurry pump
1313
Entnahmeleitung für junge fluidale SedimentSampling line for young fluid sediment
1414
Verteilungsleitung für junge fluidale SedimeteDistribution line for young fluid sediments
1515
Filterbeetefilter beds
1616
Filterschichtfilter layer
1717
Strukturierte SeesedimentschichtTextured lake sediment layer
1818
TiefenwasserpumpeDeep water pump
1919
TiefenwasserentnahmeleitungDeepwater extraction line
2020
TiefenwasserverteilungsleitungDeep-water distribution line
2121
Beaufschlagungsraum der FilterbeeteBeaufschlagungsraum the filter beds
2222
Dränagesystemdrainage system
2323
Ablaufleitungdrain line
2424
Trichterfunnel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (6)

Verfahren zur Gewässersanierung und -unterhaltung bei der Behandlung von Gewässersedimentation, Tiefenwasser aus Seen und von Niederschlagsabflüssen nach Einleitung in stehende Gewässer (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein aus den Niederschlagsabflüssen mit Schadstoffen belastetes junges fluides Sediment (8) zu dem Gewässertiefpunkt (6) transportiert und auf das vorhandene alte Sediment abgelagert wird, das junge fluide Sediment (8) über eine Entnahmeleitung (13) entnommen und mittels einer Verteilungsleitung (14) auf ein an Land befindliches Filterbeet (15) gebracht und entwässert, sowie anschließend über eine Tiefenwasserentnahmeleitung (19) und eine Tiefenwasserverteilungsleitung (20) ein Beaufschlagungsraum der Filterbeete (21) mit Tiefenwasser versehen und eine strukturierte Seesedimentschicht (17) durchsickert wird, sowie danach das gereinigte Ablaufwasser wieder dem Gewässer (1) zugeführt wird.Procedures for the rehabilitation and maintenance of waters in the treatment of water sedimentation, deep water from lakes and precipitation discharges after discharge into stagnant waters ( 1 ), characterized in that a young fluid sediment contaminated with pollutants from the precipitation outflows ( 8th ) to the waterbody low point ( 6 ) and deposited on the existing old sediment, the young fluid sediment ( 8th ) via a sampling line ( 13 ) and by means of a distribution line ( 14 ) on an on-land filter bed ( 15 ) and drained, and then via a deep water collection line ( 19 ) and a deep water distribution line ( 20 ) an admission space of the filter beds ( 21 ) and a structured lake sediment layer ( 17 ) and then the purified effluent water back to the water ( 1 ) is supplied. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das junge fluidale Sediment (8) von dem Gewässertiefpunkt (6) von mindestens 5 m entnommen wird.Process according to claim 1, characterized in that the young fluidic sediment ( 8th ) from the water low point ( 6 ) of at least 5 m. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das junge fluidale Sediment (8) in Schichten auf das Filterbeet (15) aufgebracht wird.Process according to claims 1 and 2, characterized in that the young fluidic sediment ( 8th ) in layers on the filter bed ( 15 ) is applied. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entwässerung des jungen fluiden Sedimentes (8) der Phosphor durch Aufoxidation des Sulfides zu SO4 und des zweiwertigen Eisens zu Eisenhydoxid gebunden wird.Process according to claims 1 to 3, characterized in that in the dewatering of the young fluid sediment ( 8th ) the phosphorus is bound by oxidation of the sulfide to SO 4 and bivalent iron to iron hydroxide. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pufferung, der sich bei der Entwässerung bildenden Schwefelsäure, Carbonat in die junge fluide Sedimentschicht (8) eingemischt wird.Process according to Claims 1 to 4, characterized in that, for the buffering of the sulfuric acid which forms during the dehydration, carbonate is introduced into the young fluid sediment layer ( 8th ) is mixed. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchsickerung der Seesedimentschicht (17) der Hauptteil der Schadstoff- und Phosphorfracht in dieser Schicht (16) gebunden wird.Process according to claims 1 to 5, characterized in that during the seepage of the lake sediment layer ( 17 ) the majority of pollutant and phosphorus in this layer ( 16 ) is bound.
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